SU1785910A1 - Способ изготовления слоистой конструкции из композиционного материала и устройство для его осуществления - Google Patents

Description

Изобретение касается создания многослойных изделий из полимерных композиционных материалов и может найти применение в космической технике, авиации и ветроэнергетике.

Известны пакетные конструкции, состоящие из внешних несущих слоев и размещенного между ними заполнителя. В подобных конструкциях, заполнитель выполняется из прилегающих друг к другу геометрически замкнутых (полых) стеклопластиковых многогранников, основания которых образуют поверхности для соединения с обшивочными несущими слоями. Для локального упрочнения заполнителя между боковыми гранями полых многогранников могут устанавливаться усиливающие жесткие пластины из металла.

Недостатками таких ячеистых изделий являются невысокая прочность клеевого соединения элементов заранее изготовленного заполнителя с внешними обшивками и большая трудоемкость клеесборочных работ.

Известна также панель, состоящая из несущего каркаса, образованного наружными листовыми обшивками с размещенными между ними ребрами жесткости в виде расположенных вплотную и скрепленных друг с другом в местах соприкосновения лонжеронных шлангов из жесткого материала, и панель вышеуказанной конструкции, отличающаяся установкой внутри шлангов герметичных оболочек из эластичного материала.

Недостатками такой слоистой конструкции являются небольшая продольная жест178591ОА1 кость 'ввиду чисто кольцевой намотки шлангов из стекловолокна на формообразующие технологические стержни, трудоемкость получения самих шлангов из искусственного стекловолокна, высокая вероятность отклонения от вертикальности к кривым несущим поверхностям фланговых (межобшивочных) ребер жесткости при опрессовке изделия внутренним давлением и, соответственно, затруднительность выемки намоточных стержней после отверждения панели.

Цель изобретения - облегчение выполнения операции съема и повышение качества изделия.

Для этого в технологическом процессе изготовления' слоистой конструкции из композиционного материала путем укладки материала на оправки с установленными на них замкнутыми эластичными чехлами, выкладки на форму нижней обшивки, установки оправок в сборе и выкладки верхней обшивки, смыкания формы, опрессовки изделия подачей рабочей среды под давлением в полость чехлов при заданной температуре с последующим охлаждением, первый слой композиционного материала выполняют из материала, имеющего коэффициент термического линейного расширения больше аналогичного коэффициента оправки, а охлаждение осуществляют подачей хладоагента в полость формы.

Цель достигается также тем, что в устройстве для изготовления слоистой конструкции из композиционного материала, включающем форму, оправки с замкнутыми эластичными чехлами, средства подачи рабочей среды под давлением, нагрева и охлаждения изделия, эластичные чехлы снабжены жесткими пластинами, размещенными в стенке этих чехлов ближе к изнаночной их стороне в соответствии с формуемыми поверхностями.

Изобретение позволяет облегчить съем изделия, что обеспечивается ускоренным расхождением первого слоя укладываемого композиционного материала и оправки ввиду разности коэффициентов их линейного расширения, а также за счет принудительного характера охлаждения заготовки подачей хладоагента.

Изобретение позволяеттакже повысить качество изделия путем армирования опрессовочных эластичных чехлов жесткими пластинами, что обеспечивает собственную плоскостность и перпендикулярность к наружным обшивкам композиционной конструкции фланговых ребер жесткости. В процессе термообработки и охлаждения изделия из-за разности коэффициентов тер мического линейного расширения первого слоя материала и оправки происходит расхождение (отлип) композита лонжеронных элементов конструкции и технологической оснастки, что дополнительно стимулируется ускорением операции охлаждения подачей хладоагента в полость формы. При нагревании заготовки изделия первый приоправочный слой материала расширится на большую величину, чем сама оправка. Опрессовочное давление рабочей среды удержит нанесенный на оправки композиционный материал в расширенном состоянии в течение всего времени термообработки, а при охлаждении конструкции и оснастки, причем с более быстрым темпом для второй путей подачи хладоагента, будет достигнуто максимальное значение зазоров между первым'слоем материала и оправкой, что и облегчит удаление оснастки после завершения цикла отверждения.

Технологические, оправки снабжаются опрессовочными эластичными чехлами, в которых ближе к изнанбчной (прессующей) стороне размещаются жесткие пластины, позволяющие выполнять формование изделия с обеспечением правильной геометрии поперечных межобшивочных ребер конструкции: их плоскостности и перпендикулярности к верхней и нижней обшивках. Размещение пластин ближе к прессующей поверхности чехлов необходимо, с одной стороны, для более жесткой пропрессовки обращенных друг к другу и соприкасающихся смежных межобшивочных ребер конструкции, а, с другой, - для сохранения достаточной эластичности приоправочной части чехлов, выступающих в роли внутреннего опрессовочного пуансона, работающего под воздействием давления рабочей среды, подаваемой в полость чехлов.

На фиг.1 показана установленная в полость пресс-формы лопасть для роторной системы ветроагрегата с частичным разрезом в аксонометрии (подобные конструкции лонжеронно-оболочечного типа структурно состоят из силовых коробчатых лонжеронов и аэродинамической обшивки и именуются “монококовыми” (интегральными); на фиг.2 - лопасть, формуемая в пресс-форме внутренним избыточным давлением, охватывающая два наиболее крупных лонжерона из центральной части лопасти, поперечное сечение.

На стальные технологические оправки 1 с установленными эластичными чехлами 2 намотаны препреговые волокнистые наполнители, причем первый слой лонжеронов 3 выполняется из материала с существенно большим (на порядок) коэффициентом тер5 мического линейного расширения, чем у материала оправок, например из полиамида, сдублированного с изнаночной стороны с хлопчатобумажной или капроновой тканью, предназначенной для качественного соединения с последующими слоями. Намотанные на оправки 2 заготовки лопастных лонжеронов 3 собираются в стапеле в формообразующий аэродинамический контур лопасти блок. Полость пресс-формы 4 профилирована в соответствии с требованиями к наружной аэродинамической поверхности лопасти.

В нижней части пресс-формы 4а выкладывается нижняя лопастная обшивка 5а, после чего в полость устанавливается лонжеронный блок оправок 2 в сборе, на который выкладывается верхняя лопастная обшивка 5в. Обшивочная часть лопасти может также получаться цельной обмоткой лонжеронного блока волокнистым наполнителем до установки в пресс-форму, если это достижимо по габаритным возможностям намоточных станков.

Композиционная заготовка лопасти выставляется в полости пресс-формы с обеспечением прессовочных зазоров, Форма смыкается путем соединения частей 4а и 4в. Выполняется опрессовка изделия подачей рабочей среды под давлением в полость чехлов 2, а далее-термообработка и охлаждение. Давление среды растягивает чехлы и плотно прижимает препреги лонжеронов к внешней обшивке, а ее саму - к оформляющей поверхности пресс-формы.

При охлаждении термообработанной лопасти в полость пресс-формы подается хладоагент, например охлажденный воздух, поступающий через перфорацию и внутрь оправок, остывающих, таким образом, более быстро, чем изделие. Боковые в изображенном положении лопасти стенки чехлов 2 (межлонжеронные) снабжены жесткими прессовочными пластинами 6, выполненными из тонколистового металла или углепластика и размещенными внутри чехлов как показано на масштабно увеличенном выносном элементе с фиг.2, т.е. с соблюдением условия <5ι >62. Подача в полость пресс-формы хладоагента, с учетом разности в коэффициентах термического линейного расширения внутренних поверхностей лонжеронов и наружных поверхностей оправок, облегчает удаление (выемку) последних после сброса давления рабочей среды и разборки пресс-формы благодаря наличию послепрессовочных зазоров, возникших в результате опрессовки и различия в темпах охлаждения в паре изделие-оснастка.

Предлагаемый способ изготовления слоистой конструкции из композиционного материала позволяет получить высокопрочное изделие интегральной структуры с устранением границ раздела и образованием химических когезионных связей между составными частями при диффузии полимерного связующего по общему режиму теплового воздействия на композит, чем обеспечивается конструкционная целостность и большая удельная прочность изделия.

Предлагаемый комплект технологического оснащения для реализации способа позволяет повысить качество изделия путем увеличения жесткостной устойчивости конструкции за счет гарантированной плоскостности межлонжеронных перемычек, достигаемой снабжением надоправочных эластичных чехлов жесткими пластинами с размещением последних ближе к изнаночной стороне чехлов в соответствии с формуемыми поверхностями.

Достигаемые показатели качества композиционной конструкции особо ценны при изготовлении изделий, эксплуатируемых в условиях знакопеременного нагружения, что характерно, например для лопастной системы ротора ветроагрегата, периодически изменяющего свое положение в набегающем потоке неоднородного ветрового потока, и для несущих винтов вертолетов.

В случае введения в первый наносимый слой материала добавок, увеличивающих коэффициент термического линейного расширения, дополнительно может предусматриваться наличие у них гидрофобных (водоотталкивающих) свойств, что позволит получить целевую облицовку труднодоступных для нанесения специальных покрытий внутренних поверхностей лонжеронных частей изделия, для чего можно применить вещества со слабым межмолекулярным взаимодействием: графит, серу, соли кислот “жирного ряда. Такие выполнение повысит эксплуатационные свойства изделий, т.к. снижается вероятность их обледенения в процессе круглогодичного использования в различных климатических районах.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Способ изготовления слоистой конструкции из композиционного материала путем укладки материала на оправки с установленными на них замкнутыми эластичными чехлами, выкладки на форму нижней обшивки, установки оправок в сборе и выкладки верхней обшивки, смыкания формы опрессовки изделия подачей рабочей среды под давлением в полость чехлов при заданной температуре с последующим ох1785910 лаждением, отличающийся тем, что, с целью облегчения съема изделия, первый слой выполняют из материала, имеющего коэффициент линейного расширения больше аналогичного коэффициента оправки, а охлаждение осуществляют подачей хладоагента в полость формы.
2. 2. Устройство для изготовления слоистой конструкции из композиционного материала, включающее форму, оправки с замкнутыми эластичными чехлами, средства подачи рабочей среды под давлением, нагрева и охлаждения изделия, отличающееся тем, что, с целью повышения 5 качества изделия, эластичные чехлы снабжены жесткими пластинами, размещенными в стенке этих чехлов ближе к изнаночной их стороне в соответствии с формуемыми поверхностями.

   ю .

   Яг. 2